毕业设计论文太阳光自动跟踪控制器设计

1、太阳光自动跟踪控制器 目 录 2006级电信6班摘 要 现在，我们居住的家园以太阳光最为普遍，它给我们带来了光和热，我们就要合理的利用光和热，来为我们服务。我们就通过设计的“太阳光自动跟踪控制器”来实现太阳光跟踪。 我们设计的是根据光转换电来实现功能，首先，我们选光敏传感器来实现光电转换，其次，通过OPA2132PA来实现差分运算放大，再由继电器实现电机的正、反转，去控制翻转板的运动。从而实现太阳光自动跟踪。光敏传感器分别由两只光敏电阻串联交叉组合而成，每一组的两只光敏电阻中的一只为比较器的上偏置电阻，另一只为下偏置电阻：一只检测太阳光照，另一只检测环境光照，送至比较器输入端的比较电平始终为两者光照之差。所以，本控制器能使太阳能接收装置四季全天候跟踪太阳光，调试简单，成本不高，运行可靠。目 录摘 要I目 录II引 言51 毕业设计的基本任务52 已有的实验基础和预期结果53 毕业设计所完成的主要内容5第一章 自动跟踪控制器概论61.1 概述61.2 设计原则61.2.1 通用性61.2.2 实用性61.3 系统组成及功能61.3.1 太阳光自动跟踪控制器的组成61.3.2 功能及工作原

2、理介绍7第二章 设计方案与原理概述102.1 设计的要求102.1.1 光敏传感器102.1.2 OPA2132PA运算放大器102.1.3 继电器102.2 方案论证112.2.1 运算放大器的选择112.3 工作原理分析112.4 设计中注意的问题132.4.1 集成电路的选择和使用13第三章 设计实现143.1 PROTEL99SE概述143.2 电路原理图设计143.2.1 Protel99SE电路原理图常用工具栏143.2.2 电路原理图的设计步骤143.3 印制电路板设计153.3.1 Protel印制电路板设计工具的应用153.3.2 PCB布局布线规则153.3.3 印制电路板设计注意事项163.4 PROTEL99SE的一些小窍门173.5 PCB板的安装焊接173.5.1 元器件的安装183.5.2 PCB板的焊接18第四章 调试214.1 电路板元件的安装和焊接214.1.1 元器件的安装214.1.2 电路板元件的焊接214.2 电路板的调试224.2.1 装配工艺检查224.2.2 通电测试22总结24参考文献25致谢26附录I附录1：太阳光自动跟踪控制器原理

3、图I附录2：太阳光自动跟踪控制器PCB板II附录3：采用LM358作运放的原理图III附录4：元器件清单IV附录5：太阳光自动跟踪控制器实物图V太阳光自动跟踪控制设计 引 言 2006级电信6班汤盛明 引 言1 毕业设计的基本任务本毕业设计的基本任务是学习掌握自动跟踪控制器的基本原理和技术的实现，并在此基础上对该控制器进行扩展。在这个任务中还要求学生能独立的设计各个模块，最后还要能独立的焊接和调试。整个过程要经历查阅整理资料、电原理图设计、印制电路板设计、焊接安装、调试、撰写论文，初步掌握工程设计方法和实践的基本技能，逐步熟悉电子产品开发的步骤和方法。通过完成毕业设计的过程，强化综合运用理论知识解决实际问题的能力，在电子电路设计和应用方面的能力，培养严谨的科学作风。本设计注重理论与工程实践的结合，在焊接中许多元件都是精密的元件，对我们的焊接技术要求高，需要在工程实践中去体会、总结经验。2 已有的实验基础和预期结果该毕业设计任务规定了技术路径为模拟电路实现。在专业基础课程中已经学习过该门课程，并完成了所有的规定实验，对于放大电路和各类继电器的原理和工作过程已有较清楚的认识。预期的工作结果

4、是实际制作出“试验样机”，能够完成预计的基本功能：直流电机正反转，太阳光自动跟踪控制。3 毕业设计所完成的主要内容（1）收集资料学习并了解自动控制器的工作原理、各模块要实现的功能和要求；（2）根据设计任务，确定功能需求，设计出方案；（3）按照功能模块进行具体电路设计，确定元器件型号和参数，完成整个电路原理图，据此设计印制电路板；（4）安装、焊接、调试；（5）撰写论文。太阳光自动跟踪控制器 第一章 自动跟踪控制器概论 2006级电信6班汤盛明第一章 自动跟踪控制器概论1.1 概述现有的太阳光能自动跟踪控制器主要有二类：一是使用一只光敏传感器与施密特触发器或单稳态触发器所构成的光控施密特触发器或光控单稳态触发器来控制电机的停、转；二是采用两只光敏传感器与两只比较器分别构成两个光控比较器来控制电机的正反转。由于一年四季、早晚与中午环境光和阳光的强弱变化范围都很大，所以上述两类控制器很难使太阳能接收装置四季全天候跟踪太阳。下面电路框图可有效解决上述难题。光敏传感器OPA2132运算放大器驱动电路电源光电池翻转板执行电路光线输入端的光敏传感器分别由两只光敏电阻串联交叉组合而成，每一组的两只光敏电

5、阻中的一只为比较器的上偏置电阻，另一只为下偏置电阻：一只检测太阳光照，另一只检测环境光照，送至比较器输入端的比较电平始终为两者光照之差。所以，本控制器能使太阳能接收装置四季全天候跟踪太阳光，调试简单，成本不高，运行可靠。1.2 设计原则1.2.1 通用性本设计为自动跟踪控制器，就是为了能突出它的功能的强大，能适应较为广泛的应用场合。可靠性高、控制功能强等特点。1.2.2 实用性太阳光自动跟踪控制符合实际需求，不能华而不实。实用性是第一原则，同时具有可学性。1.3 系统组成及功能1.3.1 太阳光自动跟踪控制器的组成太阳光自动跟踪控制的主要是由以下几个部分组成。主要是由光敏电阻，OPA2132PA（8）双运算放大器，继电器，继电器驱动（放大）电路，直流电机，电源供电部分、光电池翻转板等。1.3.2 功能及工作原理介绍现在就主要介绍太阳光自动跟踪控制器的功能和原理：（1）光敏电阻功能：它的电阻值随光照的变化而变化。图1-1是它的外形和电路中的符号。图1-2为光敏电阻的连接电路。接通开关，先观察光敏电阻被光照射时发光二极管的发光情况，再观察光敏电阻被不透明物体遮盖时，发光二极管的发光情况。一

6、般光敏电阻的电阻值，不受光照射时是受光照射时的1001000倍.例如有一种型号的光敏电阻，光照时的阻值为2千欧，不受光照时的阻值为1000千欧。 （2）如图1-3所示为OPA2132PA（8）双运放的引脚图。其功能：它属于高速FET输入运放。双电源供电。信号是从2、3和5、6脚输入；1、7脚输出。起到电压/电流比较放大。 （3）继电器功能：如图1-4所示为继电器等效电路图：1、2脚为线圈触头；3、4脚为常闭触头；3、5脚为常开触头。当1、2脚接通电源时，3、4脚常闭触头断开，3、5脚常开触头闭合。 （4）驱动（放大）电路功能：三极管是一种控制元件，主要用来控制电流的大小，以共发射极接法为例（信号从基极输入，从集电极输出，发射极接地），当基极电压Ub有一个微小的变化时，基极电流Ib也会随之有一小的变化，受基极电流Ib的控制，集电极电流Ic会有一个很大的变化，基极电流Ib越大，集电极电流Ic也越大，反之，基极电流越小，集电极电流也越小，即基极电流控制集电极电流的变化。但是集电极电流的变化比基极电流的变化大得多，这就是三极管的放大作用。Ic 的变化量与IB变化量之比叫做三极管的放大倍数（=I

7、c/Ib, 表示变化量。），三极管的放大倍数一般在几十到几百倍。三极管在放大信号时，首先要进入导通状态，即要先建立合适的静态工作点，也叫建立偏置，否则会放大失真。（5）直流电机功能： 图1-6是这种电机的符号和简化等效电路。工作原理:此电机由定子、转子、换向器(又称整流子)、电刷等组成,定子用作产生磁场。转于是在定子磁场作用下,得到转矩而旋转起来。换向器及时改变了电流方向,使转子能连续旋转下去。也就是说,直流电压加在电刷上,经换向器加到转子线圈,流过电流而产生磁场,这磁场与定子的固定磁场作用,转子被强迫转动起来。当它转动时,由于磁场的相互作用,也将产生反电动势,它的大小正比于转子的速度,方向和所加的直流电压相反。图1-6(B)给出了等效电路。Rw代表转子绕组的总电阻,E代表与速度相关的反电动势。我们在这次的设计中采用的是慢速直流电机（每分钟15转速的直流电机）。转速也较慢，也比较适合我们这次的设计。（6）电源保护电路: 如图1-7所示电源保护电路由三只二极管组成电源保护电路。当电源正负极接反时,二极管通过它的特性进行电源及电路保护。由于本电路使用+12V、-12V两种电源供电,两种电源

8、容易反串,导致输出电压为0,从而使电源烧毁。而加入这三只二极管组成的电路就能避免此种现象发生。太阳光自动跟踪控制器 第二章 设计方案与原理概述 2006级电信6班汤盛明第二章 设计方案与原理概述2.1 设计的要求对自动跟踪控制器的设计，主要是要体现其适应能力和应用范围。为此在设计时，应当遵循这一基本目标，为使我们在本设计中收获到更多的知识，在本设计中使用了一些较新的器件，以及为和现在的需求和设计趋势接轨，在设计中我们遵循小型化这一思路，所使用的原器件都以精密为主。为达到这样的功能，在设计过程中提出的基本方案要求有：光敏传感部分、运算放大部分、驱动部分、继电器、执行机构。光敏传感部分主要是根据光敏电阻的电阻值随光照的变化而变化，以实现其功能。对于本设计主要是考虑对于光敏传感器、OPA2132PA(8)运算放大器、继电器的适应能力和范围，对各个部分的要求如下：2.1.1 光敏传感器光照射在物体上可以看成是一连串的具有一定能量的光子轰击这些物体的表面；光子与物体之间的联接体是电子。所谓光电效应是指物体吸收了光能后转换为该物体中某些电子的能量而产生的电效应。光敏传感器的电阻值随着阳光变化而变化。从而达到光电转换的作用。为了达到两个部分的电平一致，以实现相互的连接，在这里，我们选择了精密光敏电阻实现电平的转换以能准确采集光源2.1.2 OPA2132PA运算放大器该OPA132系列场效应管输入运算放大器提供高速和卓越的DC性能。2.1.3 继电器继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。我们这次采用的是电磁继电器。其工作原理和特性是电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开

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